CN113119467A - 打印装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种打印装置，属于增材制造技术领域。打印装置包括储料模块和合并模块，所述储料模块与所述合并模块通过物料管道连接，所述储料模块内的打印物料通过所述物料管道流向所述合并模块；所述储料模块包括至少两个储料单元，每个所述储料单元分别通过所述物料管道与所述合并模块连接，至少两个所述储料单元内存储的所述打印物料相同或者不同；所述合并模块包括动力单元和合并单元，所述动力单元与所述合并单元连接，所述动力单元带动所述合并单元将至少两个所述打印物料合并，并形成复合物料。本申请的实施例具有复合物料的材料占比可调节且复合物料均匀性更好的有益效果。
Description
技术领域
本申请属于增材制造技术领域，具体涉及一种打印装置。
背景技术
3D打印技术(又被称为增材制造)因具有可定制化、打印产品结构复杂、节约材料等诸多优点被应用于航空航天、汽车、医疗、军事等战略及民生领域。
现有技术中，连续纤维复合物料打印具有高强度、轻量化的独特优势应用越来越广泛，针对连续纤维增强热塑性复合物料打印而言，现有技术存在的几种打印工艺均为增强纤维预浸后热熔打印、增强纤维与基体共混热熔打印。
但是，这些工艺存在增强纤维与基体固含量比无法调整，致使各材料的占比无法改变，并且各材料形成的复合物料均匀性较差。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种打印装置，能够解决现有技术中复合物料中各材料的占比无法改变且均匀性较差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请实施例提供了一种打印装置，包括储料模块和合并模块，所述储料模块与所述合并模块通过物料管道连接，所述储料模块内的打印物料通过所述物料管道流向所述合并模块；
所述储料模块包括至少两个储料单元，每个所述储料单元分别通过所述物料管道与所述合并模块连接，至少两个所述储料单元内存储的所述打印物料相同或者不同；
所述合并模块包括动力单元和合并单元，所述动力单元与所述合并单元连接，所述动力单元带动所述合并单元将至少两个所述打印物料合并，并形成复合物料。
在本申请实施例中，储料模块的设置用于存储打印物料，可以通过至少两个储料单元存储至少一种打印物料。合并模块的设置可以将储料模块输送过来的至少两个打印物料合并，这样边输送边合并的方式不但可以控制至少两个打印物料的相对占比，而且可以使至少两个打印物料的混合更加均匀，通过合并模块中动力单元和合并单元的配合下，可以将复合物料中各打印物料的占比根据需要随时改变，也可以使复合物料中的各打印物料的均匀性更好。本申请的实施例具有复合物料的材料占比可调节且复合物料均匀性更好的有益效果。
附图说明
图1是本申请实施例中打印装置的结构示意图；
图2是本申请实施例中合并模块的部分结构示意图。
附图标记说明：
10、合并模块；11、动力单元；12、合并单元；121、行星轮；122、太阳轮；123、齿圈；20、储料模块；30、打印模块；31、压辊单元；40、计算单元；50、基座；60、物料管道。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的打印装置进行详细地说明。
参见图1和图2，本申请的实施例提供了一种打印装置，包括储料模块20和合并模块10，所述储料模块20与所述合并模块10通过物料管道60连接，所述储料模块20内的打印物料通过所述物料管道60流向所述合并模块10；
所述储料模块20包括至少两个储料单元，每个所述储料单元分别通过所述物料管道60与所述合并模块10连接，至少两个所述储料单元内存储的所述打印物料相同或者不同；
所述合并模块10包括动力单元11和合并单元12，所述动力单元11与所述合并单元12连接，所述动力单元11带动所述合并单元12将至少两个所述打印物料合并，并形成复合物料。
在本申请实施例中，储料模块20的设置用于存储打印物料，可以通过至少两个储料单元存储至少一种打印物料。合并模块10的设置可以将储料模块20输送过来的至少两个打印物料合并，这样边输送边合并的方式不但可以控制至少两个打印物料的相对占比，而且可以使至少两个打印物料的混合更加均匀，通过合并模块10中动力单元11和合并单元12的配合下，可以将复合物料中各打印物料的占比根据需要随时改变，也可以使复合物料中的各打印物料的均匀性更好。本申请的实施例具有复合物料的材料占比可调节且复合物料均匀性更好的有益效果。
需要说明的是，储料模块20设置有对应的流体输送泵，通过流体输送泵和物料管道60的配合可以将打印物料输送至合并模块10。可以设置对应的粉碎单元或者加热单元，来使打印物料可以达到能够输送的标准。打印物料为连续纤维状固体时，也可以采用传动单元对连续纤维状固体进行引导或输送，本申请的合并可以是指至少一束纤维状物料编织/旋拧/挤压在一起。
需要说明的是，打印物料为连续纤维状固体时，可以将连续纤维状固体穿入到物料管道60中，也可以不设置物料管道60直接将连续纤维状固体输送至合并模块10。
需要说明的是，复合物料可以为至少两种相同的打印物料复合形成，也可以为至少两种不同的打印物料复合形成。当然，也可以仅通过一种打印物料直接进行打印。
可选地，在本申请的实施例中，所述合并单元12包括行星齿轮组、螺旋合并组件、搅拌组件或挤压组件中的至少一者。
在本申请实施例中，上述结构列举了三种合并单元12的设置方式，本申请的合并单元12不限于上述三种合并方式，只要可使至少两个打印物料在打印前进行可调节地合并都可以。其中，行星齿轮组可以包括对应的太阳轮122、行星轮121和齿圈123(三者中的至少一者均可以进行打印物料的合并)，可以利用行星的轮公转或自转，太阳轮122的自转，或者齿圈123的自转，利用类似于钢丝绳合绳的方式将至少两个打印物料进行合并，此时，可以根据需要在太阳轮122、行星轮121或齿圈123上开设至少一个通孔，用于供打印物料通过，不同打印物料的占比可以根据合并单元12转速或打印物料输送速度的调节进行改变。
可选地，上述的螺旋合并组件可以设置为具有至少两个螺旋通孔和一个合并通孔的合并件，至少两个螺旋通孔可以从开始的相对远离逐渐合并连通至合并通孔，至少两个打印物料可以通过至少两个螺旋通孔合并至合并通孔，实现打印物料的复合，从合并通孔出来后就是对应的复合物料，可以通过对打印物料的输送速度控制来实现不同材料对应的占比。
可选地，上述的搅拌组件可以为一个具有至少两个进料口和一个出料口的小型搅拌结构，可以通过搅拌结构将至少两个打印物料充分混合后输送至对应的打印模块30，通过这种即时混合的方式，可以更容易控制不同打印物料的占比。
需要说明的是，本申请的合并单元12还可以为与合绳设备相近的结构，通过将至少两个打印物料通过合绳的方式充分混合，由于打印物料在打印前可能会处于熔融状态，可以通过将熔融状态的打印物料均匀喷涂在固态打印物料上，以提高复合物料的均匀性。
可选地，在本申请的实施例中，所述合并单元12为行星齿轮组，所述行星齿轮组包括太阳轮122、齿圈123和至少一个行星轮121，所述太阳轮122处于所述齿圈123的中部，所述行星轮121处于所述太阳轮122和所述齿圈123之间，所述行星轮121同时与所述太阳轮122和所述齿圈123啮合；
其中，所述太阳轮122和所述行星轮121上均开设有至少一个通孔，所述打印物料穿过所述通孔，至少两个所述打印物料通过所述行星齿轮组后相互缠绕并形成所述复合物料。
在本申请实施例中，上述结构可以利用行星齿轮组对至少两个打印物料进行合并，可以在行星轮121和太阳轮122的自转中实现第一次合并，在行星轮121绕太阳轮122旋转的过程中进行第二次合并，通过两次合并后，可以得到更加均匀的复合物料。当然，也可以通过齿圈123代替行星轮121，或者将齿圈123也参与到合并的过程中，实现更多打印材料的合并，进一步提高复合物料的均匀性。其中，可以在太阳轮122、行星轮121和齿圈123上均开设有至少一个通孔，每个通孔内可以有一束打印材料，通过上述的合并，可以将更多束打印材料合并，实现更加均匀的多束复合物料。
需要说明的是，行星轮121和太阳轮122的转动方向通常是相反的，进而将多束纤维缠绕更加紧密，结合更好，这样可以进一步提高复合物料的均匀性。行星齿轮组还包括适配的行星架和轴承。可以将所述行星轮121轮上面的多束纤维物料旋转拧紧成一束，与此同时将每个行星轮121上以及太阳轮122上旋拧在一起的纤维束再次旋拧在一起，最终形成一束总的缠绕的纤维束。
需要说明的是，本申请的技术方案中，可以将带有预浸料的纤维经过所述储料模块20并分成多束，然后输送至合并模块10进行缠绕打印。
可选地，在本申请的实施例中，所述动力单元11包括电机和传动件，所述电机与所述传动件连接，所述传动件与所述齿圈123或所述太阳轮122连接，所述电机通过所述传动件带动所述齿圈123或者所述太阳轮122转动。
在本申请实施例中，电机和传动件的配合设置可以更好地控制行星齿轮组，当然，可通过电机直接驱动行星齿轮组，可以根据需要通过动力单元11带动齿圈123、太阳轮122或行星轮121中的一者转动，其余两者为从动件。动力单元11可以是以电驱动或电磁驱动。
可选地，在本申请的实施例中，所述储料模块20还包括第一温控单元，所述第一温控单元与所述储料单元连接，所述第一温控单元用于控制所述打印物料的温度；
至少两个所述储料单元共用所述第一温控单元，或者，至少两个所述储料单元上分别设置有所述第一温控单元。
在本申请实施例中，第一温控单元的设置可以对储料模块20内的打印物料进行加热，进而可以使打印物料处于方便输送的状态。在至少两个储料单元内的打印物料相同时，可以共用同一个第一温控单元，打印物料便于输送的状态可以在同一温度；在至少两个储料单元内的打印物料具有两种及以上时，可以根设置两个及以上的第一温控单元，可以根据不同的打印物料设置不同的温度。
需要说明的是，第一打印模块30还可以使储料单元内的温度处于恒定状态，以保证打印物料可以始终处于熔融状态，进而可以保证打印物料输送的连续性。第一打印模块30的加热方式可以是电加热、电磁加热、红外加热等中至少一者。
可选地，在本申请的实施例中，还包括打印模块30和基座50，所述打印模块30与所述基座50相对设置，所述合并模块10与所述打印模块30连接，所述打印模块30用于将所述复合物料在所述所述基座50上打印成型。
在本申请实施例中，打印模块30的设置可以将合并模块10合并处理的复合物料在基座50上打印成型，具体是打印出平面图像，还是三维立体结构，根据实际需要打印。基座50的设置可以对打印模块30的打印提供平台。
需要说明的是，基座50就是本申请中打印模块30用于打印的平台，基座50可以是三坐标移动平台，也可以是多自由度机械臂。
需要说明的是，打印模块30还包括截断单元，可以对喷出后的复合物料进行裁断。
可选地，在本申请的实施例中，还包括控制模块，所述控制模块用于控制所述打印装置的各个模块；
其中，所述储料模块20、所述合并模块10、所述打印模块30和所述基座50分别与所述控制模块电连接。
在本申请实施例中，控制模块的设置可以对打印装置的各个模块进行协调控制。比如，控制模块可以控制储料模块20的供料种类、供料速度以及第一温控单元的温度，具体需要控制模块对相应的传感器、电机、泵或阀门控制后配合实现；控制模块还可以控制合并模块10的合并速度，也就是合并单元12为行星齿轮组时的运行速度，具体可以表现为太阳轮122、行星轮121等的转速；控制模块还可以对打印模块30进行控制，打印模块30可以包括对应传动组件，可以使打印模块30在一定空间范围内活动，控制模块可以通过控制传动组件来控制打印模块30中打印喷头的位置，复合物料的截断也可以通过控制模块进行控制；控制模块还可以对基座50进行控制，尤其是在基座50为三坐标移动平台或多自由度机械臂时，可以对基座50中与打印模块30对应的位置进行调节。打印模块30和基座50中的至少一者活动都可以实现打印。
需要说明的是，控制模块可以包括处理器，处理器可以对各个模块的进行综合控制，可以通过键盘、显示器、触摸屏、鼠标等结构配合处理对打印装置的各个模块进行控制。
可选地，在本申请的实施例中，还包括辊压模块，所述辊压模块设置在所述基座50上，所述辊压模块用于配合所述基座50，对打印成型过程中的所述复合物料进行辊压。
在本申请实施例中，辊压模块的设置可以将打印模块30喷出的复合物料进行压实，提高复合物料的强度和稳定性。辊压模块也会受到控制模块的控制。
可选地，在本申请的实施例中，所述辊压模块上设置有第二温控单元，所述第二温控单元用于对辊压过程中所述复合物料进行加热。
在本申请实施例中，第二控温单元的设置可以对辊压过程中的复合物料进行二次调温更加充分熔融。第一次调温为第一控制单元的作用。
可选地，在本申请的实施例中，所述打印物料包括至少一种，在所述打印物料包括至少两种的情况下，所述打印物料包括至少一种连续纤维状固体。
在本申请实施例中，打印物料可以包括增强材料和基体材料，其中，可以将增强材料和基体材料均为纤维状固体；增强物料可以为预浸料；对于打印复合物料，可以仅只有一种材料为纤维状固体，而其余材料为预浸料附在纤维状固体表面，也可以是一种液态物料与纤维物料复合打印。
需要说明的是，打印复合物料时，基体物料可以为单丝而且相较于增强物料单丝较粗的情况下，可以将基体物料从太阳轮122中心通孔处穿过，而增强物料从行星轮121/太阳轮122其他通孔处穿过，从而形成增强物料缠绕基体物料的情况。
需要说明的是，打印模块30与基座50连接，在处理器的控制下，打印模块30打印出复合物料。其中，打印模块30是由控制模块中处理器的可执行控制程序控制，可执行控制程序存储在控制模块的数字数据存储介质(比如存储器)中。
需要说明的是，打印物料可以分别为两种材料，包括增强材料和基体材料，其中，可以将碳纤维作为增强材料，将聚醚醚酮(polyetheretherketone，简称：PEEK)作为基体材料。
其中，增强材料与基体材料可以均为纤维状固体。本申请中的打印物料可以设置至少一种可熔融或相变的材料。
需要说明的是，增强材料可以是碳纤维、碳纳米管纤维、尼龙、金属丝等，基体材料可以是热塑性塑料，例如聚乳酸(polylactic acid，简称：PLA)、ABS塑料(AcrylonitrileButadiene Styrene plastic，简称：ABS)、PEEK、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplasticpolyurethanes，简称：TPU)、聚乙烯(polyethylene，简称PE)等。
需要说明的是，采用两个储料单元，每个储料单元具有独立的第一温控单元，一个用于PEEK达到临界温度，另一个用于碳纤维的加热，而且碳纤维的温度高于PEEK的临界温度。
本申请还提供了一种打印装置的使用方法，方法包括：打印物料中的至少一种物料在至少一个储料单元中达到该种类物料临界温度，打印物料中的其余物料在其余至少一个储料模块20中达到某一特定温度，使多种打印物料同时进入合并模块10并合并后至少一种打印物料处于熔融或相变状态，最终经由控制模块控制的打印模块30在基座50上打印，形成物体。
需要说明的是，在本发明实施例中，聚醚醚酮(PEEK)在储料模块20中达到临界温度，与碳纤维在另一个储料模块20中达到某一特定温度，该温度高于聚醚醚酮的临界温度，在合并模块10中，两种材料合并后，聚醚醚酮达到熔融温度附在碳纤维表面，并打印成型。
需要说明的是，在合并模块10中可以改变转速进而调节多种材料的含量比；或者改变打印物料的泵入速度来调节部分熔融材料的含量比。
需要说明的是，在本发明实施例中，经过打印模块30根据打印路径会对打印中的复合物料进行裁剪，可以增加压辊模块或者二次加热装置(可以为第二温控单元)使其更好地熔融。
可选地，打印物料的临界温度是接近熔融或相变的温度。不同材料的临界温度不同，熔融是指由固态转变为液态的过程，相变可以是由液态转变为固态。
本发明的工作原理和工作过程如下：
首先，将碳纤维穿过其中一个储料单元，聚醚醚酮穿过另一个储料单元，并将两种材料分成多束穿到合并模块10各个通孔中，合并后进入打印模块30；
然后，将两个储料模块20加热到所需温度，其中一个加热到聚醚醚酮临界温度，另一个加热到特定温度(大于聚醚醚酮临界温度)；打开打印模块30，初始化，将材料未预热部分剪断；在计算单元40的控制下开始打印，逐步形成物体，材料首先经过储料模块20之后进入合并模块10，最后进入打印模块30；根据程序设置剪断材料，并根据需要增加压辊模块。完成打印。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种打印装置，其特征在于，包括储料模块(20)和合并模块(10)，所述储料模块(20)与所述合并模块(10)通过物料管道(60)连接，所述储料模块(20)内的打印物料通过所述物料管道(60)流向所述合并模块(10)；
所述储料模块(20)包括至少两个储料单元，每个所述储料单元分别通过所述物料管道(60)与所述合并模块(10)连接，至少两个所述储料单元内存储的所述打印物料相同或者不同；
所述合并模块(10)包括动力单元(11)和合并单元(12)，所述动力单元(11)与所述合并单元(12)连接，所述动力单元(11)带动所述合并单元(12)将至少两个所述打印物料合并，并形成复合物料。
2.根据权利要求1所述的打印装置，其特征在于，所述合并单元(12)包括行星齿轮组、螺旋合并组件、搅拌组件或挤压组件中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的打印装置，其特征在于，所述合并单元(12)为行星齿轮组，所述行星齿轮组包括太阳轮(122)、齿圈(123)和至少一个行星轮(121)，所述太阳轮(122)处于所述齿圈(123)的中部，所述行星轮(121)处于所述太阳轮(122)和所述齿圈(123)之间，所述行星轮(121)同时与所述太阳轮(122)和所述齿圈(123)啮合；
其中，所述太阳轮(122)和所述行星轮(121)上均开设有至少一个通孔，所述打印物料穿过所述通孔，至少两个所述打印物料通过所述行星齿轮组后相互缠绕并形成所述复合物料。
4.根据权利要求3所述的打印装置，其特征在于，所述动力单元(11)包括电机和传动件，所述电机与所述传动件连接，所述传动件与所述齿圈(123)或所述太阳轮(122)连接，所述电机通过所述传动件带动所述齿圈(123)或者所述太阳轮(122)转动。
5.根据权利要求1所述的打印装置，其特征在于，所述储料模块(20)还包括第一温控单元，所述第一温控单元与所述储料单元连接，所述第一温控单元用于控制所述打印物料的温度；
至少两个所述储料单元共用所述第一温控单元，或者，至少两个所述储料单元上分别设置有所述第一温控单元。
6.根据权利要求1所述的打印装置，其特征在于，还包括打印模块(30)和基座(50)，所述打印模块(30)与所述基座(50)相对设置，所述合并模块(10)与所述打印模块(30)连接，所述打印模块(30)用于将所述复合物料在所述所述基座(50)上打印成型。
7.根据权利要求6所述的打印装置，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块用于控制所述打印装置的各个模块；
其中，所述储料模块(20)、所述合并模块(10)、所述打印模块(30)和所述基座(50)分别与所述控制模块电连接。
8.根据权利要求6所述的打印装置，其特征在于，还包括辊压模块，所述辊压模块设置在所述基座(50)上，所述辊压模块用于配合所述基座(50)，对打印成型过程中的所述复合物料进行辊压。
9.根据权利要求8所述的打印装置，其特征在于，所述辊压模块上设置有第二温控单元，所述第二温控单元用于对辊压过程中所述复合物料进行加热。
10.根据权利要求1所述的打印装置，其特征在于，所述打印物料包括至少一种，在所述打印物料包括至少两种的情况下，所述打印物料包括至少一种连续纤维状固体。
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